[發(fā)明專利]鐘形振子式角速率陀螺振子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110117526.4
• 申請日: 2011-05-09
• 公開（公告）號: CN102254058A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇中;李擎;范軍芳;劉寧;劉洪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01C19/56;G01P9/04
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1.鐘形振子式角速率陀螺振子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟1，建立鐘形振子的有限元模型；

步驟2，對鐘形振子的振動特性進(jìn)行分析，得到振子的固有振動頻率和相關(guān)振型；通過低階模態(tài)有限元分析方法得到鐘形振子的固有頻率及其振型，選取四波腹振型對應(yīng)的頻率作為鐘形振子的激勵頻率，對鐘形振子進(jìn)行激勵，得到有效的四波腹振型；

步驟3，提取鐘形振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到鐘形振子的各參數(shù)對鐘形振子固有頻率的影響規(guī)律；

步驟4，根據(jù)鐘形振子的各參數(shù)對鐘形振子固有頻率的影響規(guī)律，優(yōu)化鐘形振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得鐘形振子結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐘形振子式角速率陀螺振子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟3中當(dāng)鐘形振子體積為25mm×30mm×25mm時，得到的鐘形振子的各參數(shù)對鐘形振子固有頻率的影響規(guī)律為：

(1)當(dāng)鐘形振子的邊緣厚度D1在1mm～1.9mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著D1的增大而增大；當(dāng)D1＝1.6mm時，鐘形振子的四波腹振型的模態(tài)階數(shù)發(fā)生移動，從四階、五階模態(tài)轉(zhuǎn)移到了五階、六階模態(tài)，此時鐘形振子的四波腹振型的振動頻率接近相鄰階次的振動頻率；

(2)當(dāng)鐘形振子的頂部厚度HD在0.6mm～1.5mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著HD的增大而增大；當(dāng)HD＝1.2mm時，鐘形振子的四波腹振型的模態(tài)階數(shù)發(fā)生移動，從四階、五階模態(tài)轉(zhuǎn)移到了三階、四階模態(tài)，此時鐘形振子的四波腹振動頻率接近相鄰階次的振動頻率；

(3)當(dāng)鐘形振子內(nèi)半徑R1在10.4mm～12.2mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著R1的增大而減小；

(4)當(dāng)鐘形振子外半徑R3在11.4mm～13.2mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著R3的增大而增大；當(dāng)R3＝12.8mm時，鐘形振子的四波腹振型的模態(tài)階數(shù)發(fā)生移動，從四階、五階模態(tài)轉(zhuǎn)移到了五階、六階模態(tài)，此時鐘形振子的四波腹振動頻率接近相鄰階次的振動頻率；

(5)當(dāng)鐘形振子的頂部圓孔所在圓半徑R4在7.8mm～8.7mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著R4的增大而增大，振動頻率變化了12.5073Hz；

(6)當(dāng)鐘形振子的頂部圓孔半徑R5在1.6mm～2.5mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著R5的增大而減小，振動頻率變化了16.4968Hz；當(dāng)R5＝2.3mm時，鐘形振子四波腹振型的模態(tài)階數(shù)發(fā)生移動，從四階、五階模態(tài)轉(zhuǎn)移到了五階、六階模態(tài)，此時鐘形振子的四波腹振動頻率接近相鄰階次的振動頻率；

(7)當(dāng)鐘形振子的高度L2和邊緣高度L1在9.5mm～14.0mm范圍內(nèi)時，其四波腹振動頻率隨著L1的增大而增大、隨著L2的增大而減小。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐘形振子式角速率陀螺振子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟4中對鐘形振子參數(shù)進(jìn)行選擇過程如下：

(1)鐘形振子的邊緣厚度D1：當(dāng)D1＝1.3mm時，鐘形振子的四波腹振動頻率遠(yuǎn)離相鄰階次的振動頻率，當(dāng)D1＝1.9mm時，雖然四波腹振動頻率也遠(yuǎn)離其相鄰階次的振動頻率，但其所需激勵的頻率大于前者，而偏差相較前者略小，所示選取邊緣厚度D1為1.3mm；

(2)鐘形振子的頂部厚度HD：HD＝0.7mm和HD＝1.5mm均符合條件，但是在相同條件下，材料越厚，所需的激勵力越大，故選取頂部厚度HD為0.7mm；

(3)鐘形振子內(nèi)半徑R1：R1在給定的范圍內(nèi)，固有頻率均遠(yuǎn)離相鄰階次的振動頻率，且差值無太大變化，但考慮到鐘形振子的邊緣厚度D1的值、頂部厚度HD的值選定時的激勵頻率均為6KHz以上，所以選取鐘形振子內(nèi)半徑R1為11.4mm；

(4)選取鐘形振子外半徑R3為11.8mm；鐘形振子高度L2為19mm；鐘形振子邊緣高度L1為11mm；

(5)鐘形振子頂部圓孔所在圓半徑R4：四波腹振動頻率與上一階頻率的偏差隨著R4的增加而增加，與下一階頻率的偏差隨著R4的增大而減小，兼顧其他鐘形振子的參數(shù)，故選取鐘形振子頂部圓孔所在圓半徑R4為8.7mm；

(6)鐘形振子頂部圓孔半徑R5：如若單純考慮頻率差，R5＝1.6mm即為最佳值，但考慮到頂部圓孔半徑越小，頂部圓孔之間的間隙就越大，所需的激勵力就越大，所以選取頂部圓孔半徑R5為2mm。